那些艺术里的数学之美

文/陈墨祎

01

我要是指着一幅画说美,很多人会点头,但我要是指着一堆数字方程说美,估计大部分人就得摇头了。

提起数学,我们很多人只会枯燥乏味或者复杂深奥。其实,数学里也有美学。

我国著名数学家华罗庚说过,“就数学本身而言,是壮丽多彩、千姿百态、引人入胜的……认为数学枯燥乏味的人,只是看到了数学的严谨性,而没有体会出数学的内在美。”

数学之美,蕴涵在生活的方方面面,尤其是在艺术当中。

02

有这么一位数学教授,把她发现艺术里的数学之美对我们娓娓道来。

梁进教授在她的这本《博物馆艺术拾珍:收敛篇》里,带我们走进世界四大著名博物馆,去领略绘画、雕塑里的数学之美。

其实,从这本书标题中的“收敛”二字,我们就可以窥得几分数学的影子。收敛这个词来自于数学当中的微积分,大意是指会聚于一点,向某一值靠近。与之对应的数学当中的另一个名词叫做“发散”。

《博物馆艺术拾珍:收敛篇》选择了世界四大综合博物馆以及一些历史特色明显的博物馆,包括但不限于著名的“卢浮宫博物馆”“大英博物馆”“埃及博物馆”“梵蒂冈博物馆”等,尤其是很具有历史和相关博物馆记忆的作品。

03

有的时候,我们觉得艺术美,恰恰是因为里面涵盖的数学元素。

大家耳熟能详,并且出现在很多人初中课本当中的一定有这条——美的起源:黄金分割比例。

黄金分割是指将整体一分为二,较大部分与整体部分的比值等于较小部分与较大部分的比值,比值约为0.618,这个比例被公认为是最能引起美感的比例。

在古希腊时期,有一天数学家毕达哥斯拉走在街上,在经过铁匠铺前他听到铁匠打铁的声音非常好听,于是驻足倾听。他发现铁匠打铁节奏很有规律,这个声音的比例被毕达哥拉斯用数学的方式表达出来。

后来,古希腊数学家欧多克索斯将这一比例进行系统研究,其研究结果被写进欧几里得的著作《几何原本》里,至今广为流传。

而画家们也发现,按0.618:1来设计的比例,画出的画最优美。因此,黄金分割的数学美学在很多著名的艺术品中被使用过。

在达芬奇的作品《维特鲁威人》、《蒙娜丽莎》、还有《最后的晚餐》中都运用了黄金分割。

古希腊的著名雕像断臂维纳斯和太阳神阿波罗都通过故意延长双腿,使之与身高的比值为0.618。

建筑师们也对数字0.618特别偏爱,无论是古埃及的金字塔,还是巴黎的圣母院、埃菲尔铁塔,希腊雅典的巴特农神庙,都有黄金分割的足迹。

04

数学之美,也同样体现在几何图形当中。

毕达哥拉斯说:“一切立体图形中最美的是球形,一切平面图形中最美的是圆形。”因为这两种图形在任何方向上看都是对称的。

其实在我们身边随处可见根据对称设计的东西:小到一块橡皮、一只球拍,大到一架飞机、一座建筑。

著名的北京人民大会堂,高耸入云的上海东方电视塔,形象逼真的扇形,梅花瓣样的组合图形,铜钱式的圆中方,美丽的“雪花”图案,都显示出几何图形的对称美,和谐美。

梵高的《星空》,印象派的画风让这幅图显得绮丽迷幻,然而浪漫之下,安宁夜空仿佛剧烈流动的浓艳色彩,被人们渐渐证明,其抽象的“湍流”,非常符合著名的“柯尔莫哥洛夫微尺度”。

05

就连看起来无趣乏味的数学方程,也有其艺术之美。

比如,心形线方程。

在威廉布莱克的画作《雅各布之梦》(也叫《雅各布天梯》)中也体现了数学模型之美。 

这幅画讲的是布莱特的弟弟罗伯特死的时候,悲痛的布莱克看见他弟弟的灵魂穿过屋顶冉冉上升,“欢乐地拍着手”,他得到灵感将圣经旧约里雅各布做梦登天梯的故事画出来。

不同于其他许多天梯是直上直下的画,布莱特的天梯是意味深长地螺旋上升的,形成一个三维圆锥螺旋线。整个画面很数学。

06

数学,是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门科学。

它的特点是精密性,广泛性,抽象性。

艺术中涵盖着数学,就像数学和艺术分别是两个集合,但两者并不是并集的关系,而是交集的关系。

“美术的结构是数学的,数学的表达是艺术的。”

当我们还在思考文理之间的界限时,先行者们恐怕很早就预料到,知识的相通才是使艺术得以长存的诀窍。

看完这本书,或许你可以试着用新眼光重新去审视那些艺术品:达芬奇《维特鲁威人》中暗含的黄金人体比例,伦勃朗笔下呈现自然界“正态分布”的群像,莫奈《睡莲》中体现出来自然界的函数映射......

就像梁进教授所说的:“我从数学角度分享一些对博物馆珍品的感想,怕数学的读者也不用怕,我不会用数学公式轰炸读者,只是用数学思想和观点从另一个角度去欣赏艺术,畅游博物馆,或许会产生不一样的效果。”

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